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化工进展 2017年第12期杂志 文档列表

化工进展杂志特约评述

聚酰胺反渗透膜的分子动力学模拟研究进展4319-4328

摘要：芳香聚酰胺（PA）复合膜是目前最成功的商业化反渗透膜,被广泛应用于海水淡化等水处理领域。分子动力学（MD）模拟是研究PA膜微观结构和分子行为的重要手段,能够从分子尺度解析PA膜的聚合、结构和性能。本文在总结PA膜物化性质的基础上,介绍了MD模拟在PA膜聚合机理、分子结构、膜内水和溶质传递行为及膜污染机理等方面的研究进展。通过对现有研究分析发现,MD模拟在研究尺度和对象上存在一定的局限性：难以解决PA膜的宏观结构解析和电荷平衡等问题。基于MD模拟技术的最新发展,提出了MD模拟与实验测试和其他模拟方法的结合将是PA膜研究的重要发展方向之一。

化工进展杂志化工过程与装备

自湿润流体的流动与传热特性研究进展4329-4342

摘要：自湿润流体是指某些具有自发润湿高温端特性的非共沸的混合溶液。这类溶液各组分的沸点不同,易挥发的组分优先发生沸腾,优先沸腾的组分在气液界面引起组分浓度梯度,再由组分的浓度梯度引起表面张力梯度;同时在气液界面产生温度梯度即热毛细作用也引起了表面张力梯度。由于受到双重表面张力梯度的影响,该溶液高温区域与低温区域之间产生了一股较大的推动力,从而使液体自发地向高温区域流动,湿润烧干部位,增强了沸腾传热。本文对自湿润流体流动与传热特性的相关研究现状及发展动态进行综述,首先详细介绍了单组分流体以及多组分流体强化传热的机理,并进一步介绍了自湿润流体的传热机理。然后对自湿润流体的制备以及自湿润流体的流动与传热特性等进行描述。最后综述了自湿润流体在无毛细芯结构、不同倾斜角下、微重力条件下以及其他类型的热管中的应用。

高效节能HWV旋风磨4342-4342

摘要：中德粉体工程技术的结晶——高效节能HWV旋风磨,由国家高新技术企业浙江丰利粉碎设备有限公司和国际著名粉体设备技术开发商德国霍伯尔工程公司联合开发成功,已通过省级新产品鉴定,认定为浙江省高新技术产品。整机及其耐磨装置已获国家专利。专家认为,HWV旋风磨原理先进,拥有独特的不拆机可调间隙功能,粉碎区产生的强烈涡流有着惊人的粉碎效果和干燥效果。

烃-水体系互溶度预测模型的研究进展4343-4349

摘要：在化工、能源、环境、食品和药物等工业设计过程中,真实混合物的可靠溶解度数据非常重要,不仅能丰富相平衡数据库,还能指导工艺设备设计和产品质量控制。本文介绍了烃-水体系相互溶解度的模型化研究,包括状态方程法、活度系数法和经验关联式,以及近年来发展起来的真实溶剂似导体屏蔽模型法（conductor-like screening model for real solvents,COSMO-RS）。状态方程法和活度系数法主要是通过选择非对称的混合规则以及引进描述水分子极性作用的参数,来改善对烃-水体系相互溶解度的计算精度。经验关联式主要是对实验数据的拟合,每种烃的参数不同。COSMO-RS模型根据密度泛函理论（即建立极化电荷密度的简单经验式）计算单个分子嵌入虚拟导体产生的作用,通过准确描述界面统计相互作用获得体系的热力学性质。因此,该方法对各种体系具有普适性。分析表明,COSMO-RS模型对烃-水体系相互溶解度的预测值与实验值吻合良好,可以补充某些难以通过实验获得的烃-水体系互溶度数据。最后总结和展望了烃-水体系相互溶解度模型化的未来发展方向。

气固两相流固相浓度与流速的测量及可视化4350-4355

摘要：气固两相流固相流率的测量是测试领域的难点之一,为了实现气固两相流固相浓度与流速的测量,阐述了电容层析成像的原理,搭建了气固两相流实验台,固相选用聚丙烯颗粒,气相为空气,固相依靠自身的重力流经实验装置,利用ITS公司的M3C电容层析成像装置对气固两相流的固相浓度、速度、质量流量进行了测试研究。实验中的浓度测量采用图像的介电常数分布像素,速度测量选择双层结构的电容传感器,利用相关测速原理,计算上下游传感器成像像素的相关性,最后由测得的速度及浓度分布计算出质量流量,测量结果与重力传感器测量的质量流量结果进行了对比,结果具有较好的一致性,测量误差小于10%,表明利用电容层析成像系统可对气固两相流参数的测量。

变制冷剂流量制冷系统的不稳定性分析4356-4362

摘要：针对变制冷剂流量（VRF）系统中的过热度不稳定性振荡现象,利用变流量水冷式制冷机组设计实验。通过观察同一频率下定阀开度变压比和定压比变阀开度时系统参数的振荡现象,分析不稳定段过热度振荡机理,并得出结论。实验结果表明：随着蒸发器内液相拉长,在蒸发量一定的情况下,完全蒸干点不断地向蒸发器出口推移,系统呈现出振荡初态;当过热度跨入最小稳定信号（MSS）线的不稳定区域时,由于制冷剂流型的变化使得蒸发器两侧换热机理发生交替,从而产生了不稳定性振荡;变阀开度对质量流量的增量影响仅为变压比下的53.3%,但两工况下能够在不稳定区间达到的最大峰谷差均在3K左右;工况1-#下压比对压缩机功耗有更直接的影响,在制冷量微升的前提下仍能促使系统性能系数（COP）趋势向下。

滚筒内柱体内构件对二元颗粒体系混合的影响4363-4370

摘要：针对滚筒内二元颗粒体系在混合过程中产生的混合死区现象,提出在混合死区位置设置柱体内构件的增混方式,以接触数作为混合评价指标,采用离散单元法研究柱体内构件对二元颗粒体系运动混合的影响,并分析其增混机理。研究结果表明：柱体内构件很大程度上破坏了聚集小颗粒的混合死区,强化了二元颗粒间的对流和扩散机制,同时抑制了颗粒的离析作用,提高了颗粒体系整体混合程度,同时,柱体内构件提高了二元颗粒体系的混合效率,改变了颗粒体系混合的稳定性;在一定的范围内,柱体内构件的数量越多,颗粒体系的混合效果越好,但如果数量过多,反而不利于二元颗粒间的混合;在滚筒开始转动的短暂时间内,柱体内构件反而抑制颗粒体系的混合,滚筒继续转动,才起到增混的效果。本研究可为二元颗粒物料增混设备的改进提供参考和依据。

高效节能CWJ超微粉碎机4370-4370

摘要：高效节能CWJ超微粉碎机——国家高新技术企业浙江丰利粉碎设备有限公司拥有自主知识产权并已形成产业化生产的新一代单元设备,获得科技部创新基金支持,被评为国家重点新产品,列入部级火炬计划和国家高技术产业化项目。

旋流器的微米级颗粒分级性能分析4371-4377

摘要：微型旋流器中的超重力场和剪切湍流场可以强化微米级颗粒的分级。为了分析旋流器的微米级颗粒分级性能,本文通过试验与数值模拟相结合的方法研究了入口速度和底流分率对旋流分级的影响。数值模拟方面使用雷诺应力模型模拟了微型旋流器内的流场,试验方面使用直径为20mm的微型旋流器来分级粒度分布为2-50μm的颗粒物料。结果表明,随着入口速度的增大,分割粒度x50减小,可达4.8μm,分级精度H提高,可达0.45;随着底流分率Rf的增大,不会显著改变切向和径向速度,颗粒在旋流器内的沉降速度变化不大,但轴向速度会减小,使得颗粒在旋流器内的停留时间增加,分级效率提高;当底流分率Rf〈0.6时,随着Rf的增大,分割粒度x（50）减小,可达4.7μm,分级精度H提高,可达0.6;当底流分率Rf〉0.6时,分割粒度x50增大,分级精度H降低。

浸没燃烧式气化器换热管内跨临界液化天然气的传热特性4378-4384

摘要：浸没燃烧式气化器（SCV）换热热阻主要存在于换热管内部,研究管内跨临界液化天然气（LNG）传热特性对提高设备整体的换热效率具有重要意义。本文建立了能够描述换热管内跨临界LNG流动与传热过程的数值计算模型,分析了换热管内LNG的传热规律,获得了入口速度、入口压力和壁面热通量对局部传热系数的影响规律,提出了适用于预测管内跨临界LNG传热特性的量纲为1关联式。结果表明,沿着LNG流动方向,局部流体传热系数先增大后减小,且最大值出现在拟临界温度附近,超临界条件下LNG热物性剧烈变化是引起强化传热的主要原因;在一定范围内,提高入口速度可以有效地强化流体传热能力,局部流体传热系数的最大值主要取决于入口压力,增加壁面热通量会缩短局部流体传热系数达到最大值所需的时间;提出的量纲为1传热关联式平均绝对相对误差为6.53%,且预测值落在±25%相对误差范围内的比例为99.42%。该研究成果可为掌握SCV设计方法和高效运行技术提供参考。

基于CFD数值模拟的新型撞击流反应器内管开孔优化4385-4391

摘要：基于自主设计的同轴撞击流反应器,运用计算机流体力学（CFD）数值模拟技术对内管开孔进行了优化设计。首先通过单因素试验确定了反应液在内外管入口处的速度比例,在此基础上,分别以开孔排数N、内管轴向孔间距L、内管径向开孔个数n及开孔直径D为试验因素,设计正交试验。对每组试验进行数值模拟,以距入口顶端不同距离处微孔的速度均方根差为评价指标,得到内管开孔的优化设计方案为：反应器内管沿轴向均匀开设6排微孔,每排微孔间距为12mm,径向均匀开设5个微孔,孔径均为0.5mm。基于正交试验的优化结果,对模型进行重新定义并对其环形微通道反应区内的流场结构进行数值模拟分析,结果表明：开孔处产生的撞击束均有较高的速度梯度,并且反应液在环形微通道反应区内发生强烈撞击,并发生充分混合与反应,实现了内管开孔的最优化设计。

化工进展杂志能源加工与技术

油水乳液体系中甲烷水合物生成研究进展4392-4402

摘要：在石油工业领域,油气开采与输送过程中,高压低温条件极易形成水合物阻塞管路,影响了管路正常运行,甚至会造成安全事故。随着水合物抑制与防堵技术的研究日益进展,甲烷水合物在乳液体系中的生成情况成为关注的重点。为掌握甲烷水合物在油水乳液体系中的生成规律,了解影响其生成情况的因素,对抑制高压输油与海底混输管道的水合物生成提供思路,本文针对前人的实验研究成果作了归纳,总结了乳液体系中甲烷水合物的生成机理及水合物生长壳模型,并对水的＂记忆效应＂加以介绍,又重点将乳液含水率、粒径大小、搅拌速率、温压条件、油相及添加剂等诸多因素展开分析。最后指出,水合物的生成由各种因素协同作用影响,不可孤立分析,而油水乳液的多相流动也使问题更加复杂。目前对于乳液体系中甲烷水合物的影响因素及原理认识尚未成熟,需要进一步的研究与讨论。

多孔介质中天然气水合物生成影响因素研究进展4403-4415

摘要：天然气水合物是天然气分子和水分子在低温高压条件下形成的非化学计量的笼型晶体。作为一种潜在性能源的同时,其在工业上也有广泛的应用前景。自然条件下的水合物主要存在于永冻区和海底沉积物的空隙中,实验模拟自然条件下水合物的生成,对于研究水合物的成矿机理、勘探开采以及工业应用都具有实际意义,因此许多学者在多孔介质中进行了水合物的生成实验。本文通过整理前人的研究成果,总结了多孔介质环境下介质粒径、表面特性以及添加剂（盐分和表面活性剂）的协同作用对于水合物生成速率和相平衡的影响,并归纳了不同反应条件下水合物在多孔介质中的生成位置分布情况以及几种热力学理论模型;最后提出,介质表面特性、不同种类多孔介质与盐离子的混合体系对水合物生成的影响以及多孔介质中不同的反应条件对水合物的生成位置的影响均值得进一步探讨和明确。此外,裂隙环境中不同的裂隙宽度及壁面粗糙度条件下水合物的生成情况也需要进行深入研究。

桦甸油页岩热解过程中气体析出特性4416-4422

摘要：通过热重-红外-质谱（TG-FTIR-MS）三机联用技术对桦甸油页岩在不同升温速率的条件下进行热解实验,计算了其挥发分气体析出阶段的动力学参数,并对整个热解过程中挥发分气体的析出特性进行了分析,获得了挥发分气体析出的红外三维谱图及CH4、CO2、CO、H2O、CnHm和H2共6种气体的析出速率随温度变化的规律曲线。其中甲烷作为热解析出的主要气态烃类产物,是多种反应综合作用的结果,故采用分峰拟合的方法对其在升温速率为20℃/min下的析出过程进行分析。结果表明,在300-600℃这一温度区间,甲烷的生成速率曲线可以分为4个峰,代表了4个反应类型,分别计算了其动力学参数,结合桦甸油页岩的结构特性及热解过程中其他气体析出的特性,分析了各个反应甲烷的生成机理。

褐煤焦与NaNO3对昭通褐煤微波提质特性研究4423-4429

摘要：通过对昭通褐煤中添加褐煤焦和NaNO3的微波提质实验,研究褐煤焦与褐煤质量比、NaNO3质量分数和微波功率对昭通褐煤的微波提质特性的影响行为,用几种常用的薄层干燥模型对实验数据进行拟合,探讨适合褐煤焦和NaNO3对褐煤微波提质的最佳干燥模型,利用修改Arrhenius方程计算出褐煤干燥过程中的表观活化能。结果表明,随着褐煤焦与褐煤质量比、NaNO3质量分数和微波功率的增大,褐煤干燥平衡时间减小,而褐煤水分有效扩散系数增大;Page模型最适合描述褐煤焦对褐煤微波提质的影响行为,Henderson and Pabis模型最适合描述NaNO3对褐煤微波提质的影响行为;用修改Arrhenius方程分别计算褐煤焦与褐煤质量比为0.25∶5的不同微波功率和NaNO3的质量分数为5.0%的不同微波功率的表观活化能,数值分别为579.44W/g、286.87W/g。

利用生物原油裂解制取低碳烯烃的实验研究4430-4435

摘要：低碳烯烃如乙烯、丁二烯等是一种重要的基础化工工业原料。为了考察不同反应温度和不同硅铝比的HZSM-5分子筛对于生物原油替代油品裂解制取低碳烯烃的影响,在本文裂解-气相色谱-质谱联用仪上进行了裂解实验。通过实验发现,生物原油是一种良好的裂解制取低碳烯烃的原料,HZSM-5分子筛催化剂对生物原油裂解具有较好的催化作用,生物原油热裂解实验在850℃时可以得到48%的最大总烯烃收率,而催化裂解600℃可以获得74%的最大总烯烃收率。分子筛的硅铝比对生物原油裂解过程的催化作用差别比较大。高硅铝比分子筛在低温时有助于生成乙烯和丙烯,而低硅铝比分子筛在高温时有助于生成乙烯和丙烯;高硅铝比分子筛低温时有助于丁烯的生成,而在高温时有助于丁二烯的生成,通过改变HZSM-5分子筛的硅铝比对生物原油裂解产物分布进行调控。

β-O-4型木质素二聚体模型化合物热解机理及产物选择性理论4436-4444

摘要：木质素作为含量仅次于纤维素的天然可再生资源,将其转化为高附加值的平台化合物具有重大的经济以及环境意义。本文针对具有β-O-4典型连接方式的木质素二聚体模型化合物[2-甲氧基（2′-甲基-2′-苯基乙基）苯醚],利用密度泛函理论方法 B3LYP,在6-31G（d,p）基组水平上对其热解反应机理以及产物形成选择性进行理论研究,分析了二聚体中各化学键的解离能及Mulliken布居数,设计并计算了8条后续可能反应路径的标准热力学参数。研究结果表明,该木质素二聚体模型化合物的初次热裂解路径主要为Cβ—O键均裂的反应;热解的主要产物是酚类化合物如苯、苯酚、邻苯二酚以及烃类化合物如烯烃等;其中路径1是热力学支持的最优路径,其能垒为44.73k J/mol。

化工进展杂志工业催化

ZSM-5分子筛碳氢燃料裂解催化剂抗积炭的研究进展4445-4452

摘要：传统的ZSM-5分子筛仅具有单一的微孔结构以及较长的扩散路径,使其在催化碳氢化合物过程中非常容易产生积炭,进而会堵塞分子筛孔道或覆盖孔道内的酸性位点,致使分子筛失活,降低催化反应效率。本文对积炭的形成机理、影响积炭形成的因素以及ZSM-5分子筛失活机理进行了简要分析。对多级孔道分子筛的合成、中空分子筛的合成、复合分子筛的合成、分子筛的酸处理、纳米级分子筛的合成、纳米片型MFI分子筛的合成以及分子筛改性等常用的抑制ZSM-5分子筛积炭的方法进行总结,并对各种方法的优势和缺陷进行了对比和分析。着重对纳米分子筛的合成以及纳米片型MFI分子筛的合成两种抑制积炭形成的方法进行讨论。最后针对降低积炭的研究方向进行了展望：如何高效、低廉地合成出具有优良抗积炭性能的纳米或纳米片型分子筛是研究的重点,并在此基础上对其改性,以进一步降低积炭的产生。